Skip to main content
SUPERVISOR
Kaivan Raissi,Ahmad Saatchi,Mohammad Hossei Enayati
کیوان رئیسی (استاد راهنما) احمد ساعت چی (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Forough Dehghani
فروغ السادات دهقانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Investigation on Mg-Ni Alloy as Hydrogen Storage Material and the Effect of Alloy Element on its Properties
Investigation on Mg - Ni Alloy as Hydrogen Storage Material and the Effect of Alloy Element on its Properties Mg and Mg-based alloys have been considered as the negative materials in nickel/metal-hydride (Ni/MH) batteries because of high hydrogen storage capacity, light weight and low cost. However, their poor kinetic and low cyclic life makes a wide study necessary. Unlike the recent AB 5 -type and AB 2 -type hydrogen storage alloys such as LaNi 5 and ZrMn 2 , nanocrystalline Mg-based alloys provide the highest initial discharge capacity with no need to activation process. Initial discharge capacity and kinetic of charge and discharge can be improved by increasing the lattice defects, creating fresh surfaces and refining the grains for example through mechanical alloying (MA). In this paper, the effect of substitution of Ni in Mg 2 Ni alloy compound with Co was studied. The nominal Mg 2 Ni 1-x Co x (x=0, 0.1, 0.2, 0.3) alloys were synthesized by two method of MA. The speed of process and the ball-to-powder weight ratio were selected 500 rpm and 20:1, respectively. In method 1, adding Co to Ni and Mg powder at the first moments of MA process was led to the formation of some new phases (such as Mg 2 Co, MgCo 2 ) instead of a complete substitution. But, in method 2, powder of Co was added after formation of Mg 2 Ni phase and was milled again for 30 hours. In this way, the most of Co atoms dissolved in Mg 2 Ni lattice. Characterization of powder was carried out by SEM, TEM and X-ray diffractometer. Electrochemical measurements were used to evaluate the effects of Co substitution on storage capacity, cyclic life and kinetic of adsorbsion/desorption of Mg 2 Ni. The results showed that adding Co by method 1 causes to decrease hydrogen storage capacity, but improves cyclic life. Because, cobalt oxide serves as a protective film on the alloy surface, prevents the electrode from further corrosion in KOH solution and enhances the cycle performance. In contrast, adding Co by method 2 increase hydrogen storage capacity. Dissolved Co atoms in this method led to increase the lattice parameter. So, the diffusion rate of hydrogen in bulk of alloy improved and discharge capacity increased. The surface of the alloy particles after 8th charge/discharge cycle changes from smooth to rough. The kinetic of reactions was also characterized by electrochemical impedance spectroscopy
آلیاژ Mg 2 Ni یکی از پر کاربردی ترین آلیاژهای ذخیره کننده هیدروژن در آند باتریهای Ni - MH است. در سالهای اخیر بهبود عملکرد این آلیاژ توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. در پژوهش حاضر سعی شده با جایگزینی عنصر کبالت به جای نیکل در حین فرآیند آسیاب کاری خواص الکتروشیمیایی این آلیاژ بهبود داده شود. ابتدا آلیاژ تک فاز Mg 2 Ni ، از 50 ساعت آسیاب کاری پودرهای منیزیم و نیکل با نسبت استوکیومتری ساخته شد و خواص الکتروشیمیایی آن از جمله ظرفیت دشارژ و پایداری سیکل مورد بررسی قرار گرفت. سپس به منظور بررسی تأثیر مقادیر مختلف کبالت بر عملکرد این آلیاژ، آلیاژهای اسمی (3/0و2/0،1/0=X) Mg 2 Ni 1-X Co X ساخته شد. برای ساخت این آلیاژها، در روش اول مقادیر استوکیومتری از کبالت، منیزیم و نیکل تحت شرایطی مشابه با آلیاژ پایه به مدت 50 ساعت مورد آسیاب کاری قرار گرفت. در روش دوم مقادبر مختلف کبالت پس از ایجاد فاز Mg 2 Ni ( طی 50 ساعت آسیاب کاری) به مخلوط اضافه شده و 30 ساعت دیگر آسیاب کاری شد. به منظور بررسی اثر جانشینی کبالت و همچنین برطرف کردن اثر زمان آسیاب کاری، آلیاژ پایه نیز 30 ساعت بیشتر آسیاب کاری شد تا عملکرد آن با آلیاژهای حاوی کبالت تهیه شده به روش دوم مقایسه شود. در آلیاژهای حاوی کبالت که به روش اول تهیه شدند، فازهای ثانویه Mg 2 Co و MgCo 2 شناسایی شد. این فازها به دلیل سینتیک تشکیل سریعتر نسبت به فاز Mg 2 Ni تشکیل شدند. همچنین جابجائی محسوسی نیز در پیک های فاز Mg 2 Ni مشاهده نشد. در واقع انحلال کبالت در آلیاژ که هدف اصلی بود، تامین نشد. در آلیاژهایی که به روش دوم تهیه شده بودند، هیچ فاز ثانویه و نامطلوبی دیده نشد و جابجایی پیک های فاز Mg 2 Ni به صورت محسوس و قابل قبول مشاهده شد که بیانگر انحلال کبالت در این فاز بود. ساختار آلیاژهای پایه تهیه شده به دو روش توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری مورد مطالعه قرار گرفت. ساختار هر دو آلیاژ مرکب از ساختارهای نانوکریستالی و آمورف بود، تنها با این تفاوت که کریستالهای آلیاژ تهیه شده به روش دوم ریزتر و از توزیع یکنواخت تری برخوردار بود. به منظور بررسی خواص الکتروشیمیایی آلیاژها، پودرها تحت پرس سرد قرار گرفتند و به صورت الکترودهای کاری در یک سلول الکتروشیمیایی سه الکترودی تحت آزمون های شارژ و دشارژ سیکلی، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون آندی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که کبالت در آلیاژهای تهیه شده به روش اول منجر به کاهش ظرفیت دشارژ شده ولی پایداری سیکل آلیاژ را بهبود می بخشد. در آلیاژهای تهیه شده به روش دوم، حضور کبالت موجب افزایش ظرفیت دشارژ و کاهش پایداری سیکل شد. نتایج آزمون امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد که افزودن کبالت به روش اول تاثیر محسوسی بر فرآیند نفوذ هیدروژن در بالک الکترود نداشته اما منجر به کند شدن فرایند انتقال بار شده است. این در حالی است که افزودن کبالت به روش دوم موجب تسریع هر دو فرایند نفوذ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی